PHP利用雪花(SnowFlake)算法生成唯一ID
這個算法的好處很簡單可以在每秒產生約400W個不同的16位數字ID(10進制)
一、雪花算法原理解析
1. 分佈式ID常見生成策略
分佈式ID生成策略常見的有如下幾種：
- 數據庫自增ID。
- UUID生成。
- Redis的原子自增方式。
- 數據庫水平拆分，設置初始值和相同的自增步長。
- 批量申請自增ID。
- 雪花算法。
- 百度UidGenerator算法(基於雪花算法實現自定義時間戳)。
- 美團Leaf算法(依賴於數據庫，ZK)。
本文主要介紹SnowFlake 算法，是 Twitter 開源的分佈式 id 生成算法。
其核心思想就是：使用一個 64 bit 的 long 型的數字作為全局唯一 id。在分佈式系統中的應用十分廣泛，且ID 引入瞭時間戳，保持自增性且不重復。
2. 雪花算法的結構
主要分為以下幾個部分：
- 是 1 個 bit：0，這個是無意義的。
- 是 41 個 bit：表示的是時間戳。
- 是 10 個 bit：表示的是機房 id，0000000000，因為我傳進去的就是0。
- 是 12 個 bit：表示的序號，就是某個機房某臺機器上這一毫秒內同時生成的 id 的序號，0000 0000 0000。
我們分別解釋一下四個部分：
1 bit
是無意義的：
因為二進制裡第一個 bit 為如果是 1，那麼都是負數，但是我們生成的 id 都是正數，所以第一個 bit 統一都是 0。
41 bit
表示的是時間戳，單位是毫秒。
41 bit 可以表示的數字多達 2^41 – 1，也就是可以標識 2 ^ 41 – 1 個毫秒值，換算成年就是表示 69 年的時間。
10 bit
記錄工作機器 id，代表的是這個服務最多可以部署在 2^10 臺機器上，也就是 1024 臺機器。
但是 10 bit 裡 5 個 bit 代表機房 id，5 個 bit 代表機器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 個機房（32 個機房），每個機房裡可以代表 2 ^ 5 個機器（32 臺機器），這裡可以隨意拆分，比如拿出4位標識業務號，其他6位作為機器號。可以隨意組合。
12 bit
這個是用來記錄同一個毫秒內產生的不同 id。
12 bit 可以代表的最大正整數是 2 ^ 12 – 1 = 4096，也就是說可以用這個 12 bit 代表的數字來區分同一個毫秒內的 4096 個不同的 id。也就是同一毫秒內同一臺機器所生成的最大ID數量為4096
簡單來說，你的某個服務假設要生成一個全局唯一 id，那麼就可以發送一個請求給部署瞭 SnowFlake 算法的系統，由這個 SnowFlake 算法系統來生成唯一 id。這個 SnowFlake 算法系統首先肯定是知道自己所在的機器號，（這裡姑且講10bit全部作為工作機器ID）接著 SnowFlake 算法系統接收到這個請求之後，首先就會用二進制位運算的方式生成一個 64 bit 的 long 型 id，64 個 bit 中的第一個 bit 是無意義的。接著用當前時間戳（單位到毫秒）占用41 個 bit，然後接著 10 個 bit 設置機器 id。最後再判斷一下，當前這臺機房的這臺機器上這一毫秒內，這是第幾個請求，給這次生成 id 的請求累加一個序號，作為最後的 12 個 bit。
二、PHP源碼實現案例
1.demo1
<?php
/**
* 雪花算法類
* @package app\helpers
*/
class SnowFlake
{
const EPOCH = 1479533469598;
const max12bit = 4095;
const max41bit = 1099511627775;
static $machineId = null;
public static function machineId($mId = 0) {
self::$machineId = $mId;
}
public static function generateParticle() {
/*
* Time - 42 bits
*/
$time = floor(microtime(true) * 1000);
/*
* Substract custom epoch from current time
*/
$time -= self::EPOCH;
/*
* Create a base and add time to it
*/
$base = decbin(self::max41bit + $time);
/*
* Configured machine id - 10 bits - up to 1024 machines
*/
if(!self::$machineId) {
$machineid = self::$machineId;
} else {
$machineid = str_pad(decbin(self::$machineId), 10, "0", STR_PAD_LEFT);
}
/*
* sequence number - 12 bits - up to 4096 random numbers per machine
*/
$random = str_pad(decbin(mt_rand(0, self::max12bit)), 12, "0", STR_PAD_LEFT);
/*
* Pack
*/
$base = $base.$machineid.$random;
/*
* Return unique time id no
*/
return bindec($base);
}
public static function timeFromParticle($particle) {
/*
* Return time
*/
return bindec(substr(decbin($particle),0,41)) - self::max41bit + self::EPOCH;
}
}
2.demo2
<?php
public function createID(){
//假設一個機器id
$machineId = 1234567890;
//41bit timestamp(毫秒)
$time = floor(microtime(true) * 1000);
//0bit 未使用
$suffix = 0;
//datacenterId 添加數據的時間
$base = decbin(pow(2,40) - 1 + $time);
//workerId 機器ID
$machineid = decbin(pow(2,9) - 1 + $machineId);
//毫秒類的計數
$random = mt_rand(1, pow(2,11)-1);
$random = decbin(pow(2,11)-1 + $random);
//拼裝所有數據
$base64 = $suffix.$base.$machineid.$random;
//將二進制轉換int
$base64 = bindec($base64);
$id = sprintf('%.0f', $base64);
return $id;
}
SnowFlake的優點是，整體上按照時間自增排序，並且整個分佈式系統內不會產生ID碰撞(由數據中心ID和機器ID作區分)，效率較高。但是依賴與系統時間的一致性，如果系統時間被回調，或者改變，可能會造成id沖突或者重復。實際中我們的機房並沒有那麼多，我們可以改進改算法，將10bit的機器id優化，成業務表或者和我們系統相關的業務。
到此這篇關於PHP利用雪花(SnowFlake)算法生成唯一ID的文章就介紹到這瞭,更多相關PHP生成唯一ID內容請搜索LevelAH以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持LevelAH！